渥太华大学Adina Luican-Mayer等–用于挥发性有机化合物选择性传感的功能化石墨烯化学电阻器阵列

挥发性有机化合物（VOCs）的实时检测因其在环境监测和呼吸疾病检测中的重要性而备受关注。然而，在小型气体传感器中选择性检测VOCs仍然是一个挑战。在这里，我们展示了酞菁（Pc）官能化石墨烯化学电阻器的VOC传感性能，该性能得到了Pc VOC相互作用的理论预测的支持。用不同的沉积参数对Pc功能化（有金属化和无金属化）进行了参数化研究，以探索作为基底覆盖率函数的对VOCs气体传感响应的影响。收集传感数据以建立各种挥发性有机化合物的指纹特征。当将VOCs组合到用丙酮、乙醇、甲醛和甲苯测试的气体传感器阵列中时，通过成功地将VOCs彼此区分，显示出选择性的提高。

图1. 通过DFT计算，优化了被测分析物和Pc分子之间的几何结构和相应的衍生相互作用能。复合物的侧视图和俯视图：（a，b）丙酮–CuPc，（c，d）乙醇–CuPc，（e，f）甲醛–CuP，（g，h）甲苯–CuP，（i，j）丙酮–MFPc。

图2:用CuPc（顶部）和MFPc（底部）功能化的石墨烯表面在不同表面覆盖率下的AFM形貌图。（a） CuPc_C1:22%，（b）CuPc_C2:37%，（c）CuPc_C3:69%。

图3.来自（a）丙酮、（b）乙醇、（c）甲醛和（d）甲苯蒸汽的一个裸石墨烯传感器和10个功能化石墨烯传感器的指纹响应信号。响应（%/ppm）显示分析物不同浓度下每1ppm信号的变化。

图4.（a） 包含石墨烯传感器、MFPc_C5传感器和CuPc_C5传感器的传感器阵列的示意图，以及（b）当暴露于丙酮、乙醇、甲醛和甲苯时阵列的传感响应。星形表示如（a）所示的传感器阵列的响应，而条形表示如图3所示获得的石墨烯、MFPc C5和CuPc C5的响应。

相关研究成果由渥太华大学Adina Luican-Mayer等人2023年发表在ACS Applied Electronic Materials(https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c01544)上。原文：Arrays of Functionalized Graphene Chemiresistors for Selective Sensing of Volatile Organic Compounds。